[发明专利]一种利用PDMS制作微凸透镜的方法

说明书

本发明涉及透镜制作技术领域，具体为一种利用PDMS制作微凸透镜的方法，包括清洗并烘干硅片、涂胶、光刻前烘烤、光刻、光刻后烘烤、制作微凸透镜、检测微凸透镜焦距共七个步骤。本发明通过两次烘烤、紫外曝光负性光刻胶等步骤，制成顶面为微凹透镜曲面的光刻胶膜板，再利用PDMS材料复制到光刻胶膜板顶面从而制得可安装到简易显微镜上的微凸透镜。本发明微凸透镜焦距的实际值与理论计算值的偏差小于5%，完全符合简易显微镜中物镜的使用要求，且具有制作成本低廉、方法简便、可大批量生产等优点，可广泛应用在科学教育领域。

技术领域

本发明涉及透镜制作技术领域，具体为一种利用PDMS制作微凸透镜的方法。

背景技术

由于光学透镜的规格差异大、外形尺寸要求精度高、体积小且要求曲率误差小等原因，精确度高的透镜均需要利用精密的加工设备和检测仪器才能制作完成。根据科学教育领域的应用需求，放大倍率在100-300倍即可满足教学要求，因此近年来一种精度不高但制作技术更为简便的玻璃珠显微镜受到业内的广泛关注，其制备方法为将细长玻璃棒用高温火焰烧融，在表面张力作用下出现球状液滴，冷却后形成直径很小的玻璃珠。一个直径2毫米的玻璃珠，放大倍率大约为150倍，满足常见的科学观察要求，但采用烧融玻璃棒来制成的球形透镜，一是几何尺寸难以控制，二是球体在重力作用下容易变形，三是融化过程中可能有气泡产生，因此最终难以大批量生产这类玻璃珠透镜。

发明内容

针对上述的问题，本发明一种利用PDMS制作微凸透镜的方法，通过两次烘烤、对负性光刻胶进行紫外曝光等步骤后，制成顶面为微凹透镜曲面的光刻胶膜板，再利用具有高弹性、稳定光学性能等特性的PDMS材料倾倒在光刻胶膜板的微凹透镜曲面上，剥离后即制成可安装到简易显微镜上的微凸透镜。本发明的微凸透镜经微透镜焦距检测系统检测后，微凸透镜焦距的实际值与理论值的误差小于5%，符合简易显微镜的使用要求。根据科学教育领域的实际需求，本发明可制成100、200、300、400倍等放大倍率的微凸透镜，而且具有制作成本低廉、方法简便、可大批量生产等优点，有效解决了上述问题。

本发明采用的技术方案：

一种利用PDMS制作微凸透镜的方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤（1）：清洗并烘干硅片，即先采用RCA清洗工艺清洁硅片，清洗完成后将硅片放在高温加热板上彻底烘干硅片表面的水分；

步骤（2）：涂胶，即采用旋转涂胶法在硅片顶面涂布上一层厚度均匀的SU-8负性光刻胶；

步骤（3）：光刻前烘烤，即将硅片置于烘箱内，使硅片底面与烘箱加热板充分接触，设置烘箱温度为60℃-70℃加热1-7分钟，加热结束后再将烘箱温度升温至92℃-98℃加热4-30分钟，加热结束后将硅片取出静置冷却至常温，然后用金属探针触碰SU-8负性光刻胶表面，若SU-8负性光刻胶表面没有粘性则进行下一步骤，若SU-8负性光刻胶表面有粘性则重复上述加热步骤直至SU-8负性光刻胶表面没有粘性为止；

步骤（4）：光刻，即在SU-8负性光刻胶体顶面覆盖上一层光刻掩膜版，接着将硅片放在光刻机托盘中心，然后采用接触式光刻技术对SU-8负性光刻胶进行紫外曝光；

步骤（5）：光刻后烘烤，即将硅片置于烘箱内，使硅片底面与烘箱加热板充分接触，设置烘箱温度为60℃-70℃加热1-7分钟，加热结束后再将烘箱温度升温至92℃-98℃加热6-12分钟，加热结束后取出硅片静置冷却至常温，冷却后的SU-8负性光刻胶形成光刻胶模板，光刻胶模板顶面为微凹透镜曲面；

步骤（6）：制作微凸透镜，即把PDMS材料与固化剂按10:1的重量比混合搅拌后放入真空箱内排除PDMS内部气泡，再将PDMS倾倒在光刻胶模板顶面

上，然后将硅片放入真空烘箱内，设置烘箱温度为45℃-55℃加热烘烤24小时，烘烤结束后取出硅片冷却至常温，然后将PDMS与光刻胶模板剥离即制作完成PDMS微凸透镜。